Beschreibung

SENSORGEHÄUSE AUS EINEM METALLISCHEN MATERIAL, INSBESONDERE FÜR EINEN INDUKTIVEN NÄHERUNGSSCHALTER UND VERFAHEN ZU

DESSEN HERSTELLUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Sensorgehäuse aus einem metallischen Material für ein Sensorgerät, insbesondere für einen induktiven Nährungsschalter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Verfahren zu dessen Herstellung. Außerdem betrifft die Erfindung auch Sensorgeräte mit derartigen Sensorgehäusen.

[0002] Sensorgeräte, insbesondere induktive Nährungsschalter, werden in vielen Industriebereichen zum Beispiel im Maschinen- und Anlagenbau, in der Prozessmesstechnik, in der Fabrikautomation sowie in der

Automobilindustrie eingesetzt. Induktive Nährungsschalter dienen zum berührungslosen Schalten bei Annäherung von metallischen Objekten. In der Regel bestehen sie aus einem Schwingkreis, der durch die

Annäherung des metallischen Objekts bedämpft wird. Der Einfluss des sich annähernden Objektes auf den Schwingkreis wird ausgewertet und in ein Schaltsignal umgewandelt. Typische Bauformen sind zylindrische, metallische Glattrohr- oder Gewinderohrausführungen mit einem

Durchmesser von etwa 8 mm bis 30 mm aus rostfreiem Edelstahl oder Messing. Bevorzugt werden M12-, M18- und M30-Geräte mit metrischem Feingewinde eingesetzt. Aber auch quader- oder würfelförmige Bauformen kommen zum Einsatz. Zur Energieversorgung und zur Ausgabe des Schaltsignals dient entweder ein Kabel- bzw. Steckeranschluss. In der Regel sind der Gehäusedurchmesser und der Durchmesser des

Steckeranschlusses bzw. des Steckeranschlußbereiches unterschiedlich. Dies hat damit zu tun, dass die Größe bzw. der Durchmesser des am vorderen Ende des Sensorgerätes angeordneten Sensorelementes direkt den maximalen Detektions- bzw. Schaltabstand bestimmt. Dies trifft besonders für berührungslos arbeitende induktive, optoelektronische und kapazitive Näherungssensoren bzw. Näherungsschalter zu. Da der Durchmesser im Steckerbereich üblicherweise 12 mm beträgt

(M12-Anschluß) und der Durchmesser des Sensorelementes, wie z.B. der Sensorspule größer ist, ist am Ubergang vom Gehäuserohr bzw. des Hülseabschnittes zum Steckeranschlussbereich bzw. Steckerabschnitt ein Adapter für die Durchmesserreduzierung notwendig (in seltenen Fällen auch für die Durchmesservergrößerung), der sowohl mit dem

entsprechenden Glatt- bzw. Gewinderohr als auch mit dem endseitigen Rohrteil (Steckerabschnitt) luft- und feuchtigkeitsdicht verschweißt bzw. verbunden ist. Die möglichst senkrechte Ausbildung des Adapters bezüglich der waagerechten Gehäusebereiche ermöglicht sowohl eine bessere LED-Anordnung und/oder -Sichtbarkeit, als auch eine bessere Platzausnutzung innerhalb des Gerätes bei minimaler Länge des Gerätes, die bei manchen Anwendungen sehr wichtig ist, z.B. bei beengten

Platzverhältnissen in der Prozessautomatisierung. Die Verbindung zwischen dem Adapter und den ein oder zwei angrenzenden Bereichen muss riss- und bruchsicher sein, eine hohe Scherbelastungsfestigkeit aufweisen (auch aufgrund der durch Normen vorgeschriebenen Tests) und hat verschiedene Nachteile. Sie benötigt bei der Herstellung des Sensors immer einen aufwendigen Verfahrensschritt, wie Schweißen bei Edelstahl oder Bördeln bei Messing. Da Sensorgeräte, auch induktive

Nährungsschalter, vielfach in feuchten bzw. spritzwassergefährdeten Bereichen eingesetzt werden, muss das Eindringen von Feuchtigkeit und Spritzwasser bzw. bei Mediumskontakt das Eindringen des Mediums (Wasser, Öl) selbst unbedingt vermieden werden. Die Anforderungen an die Dichtigkeit des Sensorgehäuses können je nach Anwendung unter Umständen sehr hoch sein (IP67). Für die im Einsatz befindlichen

Dichtkonzepte, z. B. mittels O-Ringen, sind glatte Innenoberflächen von großer Bedeutung, die in der Regel einen zusätzlichen Arbeitsschritt zur Bearbeitung dieser Dichtfläche erfordern. Gefordert werden sehr kleine mittlere Rauhtiefen von kleiner 6,3 μηη an den Innenwandungen des Sensorgehäuses im vorderen und hinteren Bereich, weil hier spezielle O-Ringe zur sicheren Abdichtung, auch gegen aggressive Flüssigkeiten, verwendet werden sollen, z.B. im Stecker- und Frontdeckelabschnitt.

Neben zweistückigen Sensorgehäusen mit oft scheibenförmigen, senkrechtem Adapter und dreistückigen Sensorgehäusen mit separatem Endabschnitt des Steckerabschnittes sind auch einstückige

Edelstahl-Sensorgehäuse bekannt. Das Sensorgehäuse ist aus

Vollmaterial gedreht, was eine extrem aufwendige, zeitintensive und teure Herstellung bedeutet. Insbesondere das Fräsen von Nuten im

Innenbereich einer Rohrwand ist kompliziert, zeitaufwendig und teuer. Bei zylindrischen Sensorgeräten, vor allem bei Näherungsschaltern, ist das Feingewinde üblich, weil es gegenüber dem Regelgewinde einige Vorteile hat, z.B. die größere Selbsthemmung der Schraubverbindung, die beim Einsatz des Sensorgerätes in vibrationsbelasteten Umgebungen wichtig ist. Eine Schraube (oder eine Mutter) mit Feingewinde hat im Vergleich zu einer mit Regelgewinde ein zum Außendurchmesser relativ kleineres Gewindeprofil. Zur Unterscheidung wird es zusätzlich mit dem Maß seiner - ebenfalls kleineren - Steigung gekennzeichnet. Zum Beispiel hat das Regelgewinde M20 eine Steigung von 2,5 mm. Feingewinde mit gleichem Außendurchmesser von 20 mm sind M20x2, M20x1 ,5, M20x1 oder mit noch kleinerer Steigung (in Frage kommen alle normierten Steigungs-Maße). Feingewinde findet man beim metrischen

DIN/ISO-Gewinde und beim Whitworth-Gewinde, sowie beim

amerikanischen Unified Thread Standard (US-Gewinde;

UNF-Zollfeingewinde). Insbesondere bei Sensorgeräten, bei denen der maximale Detektionsabstand direkt mit der Größe bzw. dem Durchmesser des Sensorelementes (Spule, Elektrode, Sende-/Empfangs-LED/Element) zusammenhängt, d.h. induktive, kapazitive und optoelektronische

Näherungssensoren und Näherungsschalter, ist es wichtig, dass der Innendurchmesser des Sensorgehäuses bei vorgegebenen

Gewindeaußendurchmesser von z.B. M12, M18, M30 möglichst groß ist. U.a. auch deshalb, weil viele andere Komponenten wie Leiterplatte, Elektronik, Anzeige-, Einstell- und Programmierelemente und auch

Netzteile auf engstem Raum untergebracht werden müssen, u.a. auch, um ein standardisiertes Ausgangssignal (Schaltsignal, Analogsignal, 4-20 mA, 0-10 V) über einen standardisierten Rundstecker (3- oder 4-polig) zu liefern. [0005] Bekannt ist auch, für kappenartige Gehäuseteile von

Strömungsmeßgeräten Tiefziehtechnik einzusetzen. Tiefziehen ist nach DIN 8584 das Zugdruckumformen eines Blechzuschnitts (auch Ronde, Folie, Platte, Tafel oder Platine genannt) in einen einseitig offenen

Hohlkörper oder eines vorgezogenen Hohlkörpers in einen solchen mit geringerem Querschnitt ohne gewollte Veränderung der Blechdicke.

Besondere Ausgestaltungen dieser Technik ermöglichen die Herstellung hochqualitativer, aber dünnblechiger Teile mit hoher Oberflächenqualität, so dass in manchen Fällen eine Oberflächennachbearbeitung entfallen kann. Diese Technik ist allerdings nicht für die Herstellung größerer oder geometrisch anspruchvoller zylinderförmiger Näherungsschaltergehäuse oder ähnlicher Sensorgeräte mit Gewinde geeignet, weil nur Teile mit konstanter Wandstärke hergestellt und bzgl. der Ausgangswandstärke nicht nur die notwendige effektive Gehäusewandstärke berücksichtigt werden muss, sondern auch die Gewindetiefe, die z.B. bei metrischem Feingewinde (M30x1 ,5) 0,92 mm beträgt. Die notwendige

Gehäusewandstärke des Sensorgehäuses vor der Gewindeherstellung beträgt bei einer geforderten Restwandstärke (effektive Wandstärke) von 0,78 mm demzufolge mindestens 1 ,7 mm. Dieser Wert beträgt mehr als 200% der effektiven symmetrischen Nennwandstärke.

1 ,7-mm-Werkstücke stark und mit großer Präzision zu verformen, ist mit dem Tiefziehverfahren zumindest für Stahl sehr schwierig oder unmöglich. Ein weiterer Nachteil der Tiefziehtechnik ist, dass im Bereich von

Reduzierungen von Gehäusedurchmessern nur relativ geringe Steilheiten erreicht werden können, insbesondere bei dickeren Gehäusewandstärken, und dass zur Erzielung von großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnissen der Sensorgehäuse mehrstufige Tiefziehprozesse mit mehreren

Werkzeugen notwendig sind. Auch Hinterschnitte sind nicht machbar.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Sensorgehäuse aus einem

metallischen Material für ein Sensorgerät, insbesondere einen induktiven Nährungsschalter, als auch ein Sensorgerät sowie ein Verfahren anzugeben, dass die oben genannten Nachteile nicht aufweist, dass für die Herstellung von Gewinde-Sensorgehäusen mit größerem Durchmesser, z.B. 12, 18 und 30 mm, und Querschnittsverringerung im Steckerbereich bzw. Steckerabschnitt geeignet ist, das wenig Dicht- und Verbindungsflächen im Bereich des Adapters aufweist und das trotz hoher Oberflächen- und Querschnitts-Qualität einfach, schnell und kostengünstig herstellbar ist.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene

Sensorgehäuse, durch das in den Ansprüchen 10 und 20 angegebene Sensorgerät sowie durch die in den Ansprüchen 1 1 und 21 angegebenen Verfahren zur Herstellung eines Sensorgehäuses.

[0008] Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben.

[0009] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, das metallische

Sensorgehäuse, das im Steckerbereich einen anderen Querschnitt als im Hülseabschnitt aufweist, einstückig als Druckumform-Sensorgehäuse sowie als Druckumform-Sensorgerät mit einem derartigen Sensorgehäuse auszubilden und herzustellen. Dabei wird Druckumformen im Sinne der DIN 8583 verstanden. Das Rundkneten und das Fließpressen sind

Druckumformverfahren, die sich für die Herstellung eines derartigen Sensorgehäuses sehr gut eignen, vor allem für Sensorgehäuse aus Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze, Titan, Stahl und Edelstahl.

[0010] Gegenüber dem Tiefziehen als Zugdruckumformverfahren haben

Druckumformverfahren, insbesondere das Rundkneten und das

Fließpressen den Vorteil, dass durch das Druckumformen die

Festigkeitswerte beträchtlich gesteigert werden können, aber auch

Werkstücke mit sehr hoher Oberflächenqualität und geringer mittlerer Rautiefe hergestellt werden können, so dass eine direkte und exzellente O-Ring-Dichtung möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist die

Endkonturmaßhaltigkeit.

[001 1] Bevorzugt wird das Kaltdruckumformverfahren in Form des

Kaltrundknetens und des Kaltfließpressens sowie des

Halbwarmdruckumformen und des Halbwarmfließpressen. Mit diesen Verfahren lassen sich mechanisch sehr stabile und bezüglich der

Oberflächenqualität und Querschnittsveränderung anspruchsvolle Sensorgehäuse herstellen. Der Vorteil des Druckumformens,

insbesondere des Rundkneten und des Kalt- und

Halbwarm-Fließpressens, gegenüber dem Tiefziehen ist, dass durch das Druckumformen sowohl präzise Veränderungen der Material- bzw.

Blechdicke erreichbar sind, als auch eine Verfestigung durch das Kalt- und Halbwarmumformen, so dass das Sensorgehäuse höher belastbar ist, ohne das die Wandstärke erhöht werden muss. Die

Querschnittsveränderungen bzw. Materialverdickungen und/oder

-Verdünnungen lassen sich gezielt an bzw. in bestimmten Bereichen realisieren so, dass auch in den kritischen Bereichen wie dem

Steckerabschnitt oder dem Adapter hohe Scher-, Druck- und

Zugfestigkeitswerte erreichbar sind.

[0012] Die wesentliche Idee der ersten Variante der Erfindung besteht darin, das metallische Sensorgehäuse, das im Steckerbereich einen anderen

Querschnitt als im Hülseabschnitt aufweist, einstückig in Rundknettechnik herzustellen, insbesondere Sensorgehäuse, in die nachträglich mindest ein Außengewinde aufgebracht wird. Damit entfällt die Dichtproblematik im Adapterbereich und das Gehäuse ist kostengünstig herstellbar. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist, dass harte bzw. ansonsten schwer umformbare Werkstoffe wie Titan, Stahl und Edelstahl in legierter und unlegierter Form einsetzbar sind, vor allem in Form

längsnahtgeschweißter nachgezogener Rohrstücke. Bevorzugte

Materialien für Sensorgehäuse sind Aluminum, Kupfer, Bronze, Titan, Stahl und Edelstahl. Es können sowohl die Reinmetalle als auch deren Legierungen zum Einsatz kommen, wobei Legierungen, wie z.B. Messing, bevorzugt sind, da diese Materialien besser an das Druckumformverfahren angepasst werden können, um komplizierte Gehäusegeometrien mit großer Genauigkeit bei gleichzeitiger großer Gehäusematerialfestigkeit zu erreichen. Bei aushärtbaren Aluminiumverbindungen ist das z.B. AlMgSi 0,5-1 oder AIZnMgCu1 ,5. Eine Legierung ist ein partieller oder

vollständiger Mischkristall mit metallischem Charakter.

[0013] Das Rundkneten ist ein spanloses Kaltumformverfahren für das

Reduzieren des Querschnittes von Stäben, Rohren und Drähten. Kaltumformung unterscheidet sich von Kaltverformung, z. B. beim Unfall eines Automobils, dadurch, dass die Formänderung gezielt eingebracht wird. Als Kaltumformung wird eine Umformung unterhalb der

Rekristallisationstemperatur bezeichnet. Umformen ist eine gezielte plastische Formänderung, vor allem zur Formgebung eines Bauteils bzw. Werkstückes. Zwei bis vier, in Ausnahmefällen bis zu acht

Werkzeugsegmente bzw. Werkzeuge, die das Werkstück umschließen, führen in schneller Folge gleichzeitig radiale Auf- und

Abwärtsbewegungen durch. Bei jeder Abwärtsbewegung des

Werkzeugsatzes wird ein Teil des Werkstückes umgeformt. Das Werkzeug versetzt dem Werkstück radiale Schläge und gibt dem Werkstück dadurch einen schmaleren Querschnitt. Durch Dorne verschiedener Formgebung sind auch Innenprofile herstellbar, z.B. Keilwellen oder Läufe. Beim

Rundkneten handelt es sich um ein inkrementelles Umformverfahren. Seine Vorteile sind hohe Umformgrade, ein großes Formenspektrum, sehr gute Möglichkeiten bei der Herstellung von Innenprofilen, sehr steile Übergänge und Einstiche im Rohrmittelbereich, hohe Flexibilität bezüglich sich ändernder Geometrien. Neben rotationssymmetrischen Hohlteilen bzw. Gehäusen sind auch nichtrotationssymmetrische herstellbar. Die Oberflächenqualität der Hülse bzw. des Gehäuses ist so gut, dass bei Glatthülse-Sensorgeräten keine Nachbearbeitung zur Reduzierung der Oberflächenebenheit oder -rauhigkeit notwendig ist. Ein weiterer Vorteil des Rundknetens ist die Verfestigung des Materials, die besonders für Gewindesensorgeräte wichtig ist, da das Gewinde bei vorgegebenen Innen- und Außendurchmesser die Hülsenbelastbarkeit reduziert

(nachträgliche Gewindeherstellung). Als zusätzlicher Parameter kann dem Rundknetprozess Wärme als Hilfsmittel zugeführt werden. Die Wärme dient der Herabsetzung der Fließspannung und erleichtert schwere Umformoperationen. Das Temperaturband wird dabei vorzugsweise im Bereich der Halbwarmumformung unterhalb der Zundergrenze gesucht. Die Erwärmung erfolgt vorrangig induktiv ohne Beeinträchtigung der Taktzeiten. Durch die Rundknetbearbeitung nimmt die Festigkeit nahezu gleichmäßig über den gesamten Werkstück- bzw. Rohrquerschnitt zu, während bei anderen Kaltumformverfahren eine Festigkeitssteigerung hauptsächlich an der Oberfläche festzustellen ist. Durch Rundkneten können Werkstücke endkonturnah gefertigt werden d.h., dass die

Rundknetteile hochpräzise sind und damit in der Regel einbaufertig! An Außendurchmessern liegen die Toleranzen im Bereich von ±0,01 mm bis ±0,1 mm. Beim Rundkneten gilt, dass sich tendenziell mit abnehmenden Durchmessern die erzielbaren Genauigkeiten verbessern. Dies ist für Sensorgehäuse mit wesentlich kleinerem Durchmesser des

Steckerabschnittes sehr vorteilhaft. Bei der Bearbeitung von dessen Innendurchmesser über Dorn werden Toleranzen von kleiner 0,03 mm erreicht, so dass sehr gute O-Ring-Dichtungen erreichbar sind.

Für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe hat sich das

Einstechrundkneten als besonders vorteilhaft erwiesen, weil ein besonders steiler Adapter realisierbar ist, d.h. ein großer, im Extremfall auch annähernd rechter Winkel zu den angrenzenden Bereichen frontseitige Hülse (typischerweise mit relativ großem Durchmesser) und endseitige Hülse bzw. Steckerabschnitt (typischerweise mit relativ kleinem

Durchmesser). Solche Gehäuseformen lassen sich sogar mit harten Materialien wie Titan, Stahl und Edelstahl erreichen. Dieses Verfahren ist besonders für M12- und M18-Gewindegehäuse geeignet. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass zwei Gehäuse in einem Verfahren hergestellt werden können, was beim Vorschubrundkneten nicht möglich ist. Im Gegensatz zum Vorschub-Verfahren wird beim Einstechverfahren das Werkstück unter die geöffneten Werkzeuge gestellt. Eine axiale Vorschubbewegung des Werkstücks erfolgt nicht. Während des

Umform prozesses erfolgt eine Veränderung der Hublage des Werkzeuges durch ein gesteuertes, dem eigentlichen Werkzeughub überlagertes Öffnen und Schließen der Werkzeuge. Anstelle der Ausgleichsplatten sind hierfür zwischen Stößel und Werkzeug axial verschiebbare Keile angeordnet. Durch eine Kombination des Vorschub- und

Einstech-Verfahrens lassen sich Reduzierungen in der Mitte des Bauteils erzeugen, die nicht durch die Länge des Werkzeugs begrenzt sind.

Hierdurch sind örtliche Querschnittsverminderung (auch in der Werkstückmitte) sowie steilere Übergangswinkel erreichbar.

[0015] Ein weiteres bevorzugtes Verfahren ist das Einstech-Rundknetverfahren über Dorn, da gleichzeitig mit dem Rundkneten des Werkstückes bzw. Rohres der richtige innere Durchmesser und/oder innere Profile hergestellt werden können, z.B. Stege in Längsachsrichtung, die zur Aufnahme und Halterung von Komponenten, z.B. einer Elektronikplatine dienen. Durch zusätzlich eingesetzte Dorne können während der Bearbeitung des Außendurchmessers sowohl mit dem erst- als auch mit dem zweitgenannten Verfahren komplexe und hochpräzise Innenkonturen

hergestellt werden. Dadurch kann eine nachträgliche Herstellung von Konturen entfallen.

[0016] Aufgrund der bei größeren Geräten hohen notwendigen Wandstärken bei Gehäusedurchmessern von z.B. 16-40 mm sind große Kräfte und eine spezielle Technik notwendig, um die geforderten Umformgrade bei Einhaltung der geforderten geometrischen Präzision zu erreichen. Hier ist das Vorschubrundkneten, vorzugsweise über Dorn, besonders geeignet. Durch eine kleine Vorschubgeschwindigkeit lässt sich auch schwer bearbeitbares Material wie Edelstahl in gewünschter Weise umformen und auch eine hohe Steilheit im Adapterbereich realisieren.

[0017] Der Vorteil des Rundknetverfahrens als Kaltumformverfahren besteht vor allem darin, dass relativ dickwandige Werkstücke für Gewinde- und Nichtgewindesensorgeräte, d.h. vor allem im für

Standard-Gewinde-Sensorgehäuse interessanten Bereich von etwa 0,5 - 1 ,8 mm (vor dem Gewindeschneiden), vor allem zylinderförmige Rohre aus relativ hartem Material wie Stahl und Messing, in besonderem Maße preiswert umgeformt werden können. Dies bedeutet, dass nicht nur Sensorgehäuse mit linear verändertem bzw. konischem Querschnitt effektiv hergestellt werden können, sondern auch nichtlinear veränderliche Querschnitte, insbesondere große Querschnittsänderungen mit ein oder mehreren starken Stufen, wobei für mindestens eine Stufe auch ein senkrechter Bereich herstellbar ist. Ein weiterer großer Vorteil ist, das trotz des großen, z.T. extremen Umformgrades im Bereich der Stufe bzw. des Adapters die Verwendung von längsnahtgeschweißten zylinderförmigen Rohren möglich ist ohne das es zur Rissbildung beim Umformen kommt.

[0018] Durch das Rundkneten wird eine sehr kleine mittlere Rauhtiefe von kleiner als 6,3 μηη an der Innenwandung des Steckerabschnittes erzielt. Damit sind diese Flächen unmittelbar für eine Abdichtung mit O-Ringen geeignet. Eine aufwendige Nachbearbeitung bzw. separate Herstellung der

Dichtflächen ist nicht mehr notwendig. Auch Werte von kleiner als 1 -2 μηη sind realisierbar. Ein weiterer Vorteil des Rundknetverfahrens ist, dass ein großes Verhältnis von Länge des Sensorgehäuses zu maximalem

Außendurchmesser erreichbar ist.

[0019] Die wesentliche Idee der zweiten Variante der Erfindung besteht darin, das metallische Sensorgehäuse, das im Steckerbereich einen anderen Querschnitt als im Hülseabschnitt aufweist, einstückig in

Fließpressverfahren, insbesondere mittels Kalt- und

Halbwarmfließpressverfahren herzustellen und das Sensorgehäuse entsprechend auszubilden, insbesondere Sensorgehäuse, in die

nachträglich mindest ein Außengewinde aufgebracht wird. Damit entfällt die Dichtproblematik im Adapterbereich, es sind besonders steile

Adapterbereiche machbar und das Gehäuse ist kostengünstig herstellbar. Ein besonderer Vorteil dieses Hohlkörper-Herstellungsverfahrens ist, dass harte bzw. schwer umformbare Werkstoffe, insbesondere Titan, Stahl und rostfreier Edelstahl, zumindest in legierter Form, einsetzbar sind,

[0020] Fließpressen ist ein Fertigungsverfahren der Umformtechnik, bei dem aus Metallrohlingen, Scheiben oder Stangenabschnitten bzw. Butzen, Körper verschiedenster Formen kostengünstig hergestellt werden können. Bei der Umformung wird durch den Druck des Stempels der Werkstoff aus einem offenen Gesenk oder einer Pressbuchse verdrängt, wobei eine

Querschnittsänderung eintritt. Während des Fließpressens wird das Werkstück plastisch verformt. Das Kaltfließpressen, bei dem die

Materialtemperatur weit unterhalb der Rekristallisationstemperatur liegt, wird aus ökonomischen und qualitativen Gründen bevorzugt. Das

Fließpressen ist ein spanloses Umform verfahren. Kaltumformung unterscheidet sich von Kaltverformung, z. B. beim Unfall eines Automobils, dadurch, dass die Formänderung gezielt eingebracht wird. Als Kalt- und Halbwarmumformung wird eine Umformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur bezeichnet. Eine Untergruppe der

Halbwarmumformung ist die Lauwarmumformung, die für Sensorgehäuse aus Stahl bevorzugt eingesetzt wird. Umformen ist eine gezielte plastische Formänderung, vor allem zur Formgebung eines Bauteils bzw.

Werkstückes.

[0021] Bevorzugte Materialien für derartige Sensorgehäuse sind Aluminum,

Messing, Titan, Stahl und Edelstahl. Es können sowohl die Reinmetalle als auch deren Legierungen zum Einsatz kommen, wobei Legierungen bevorzugt sind, da diese Materialien besser an das besondere

Druckumformverfahren angepasst werden können, um komplizierte Gehäusegeometrien mit großer Genauigkeit bei gleichzeitiger großer Gehäusematerialhärte zu erreichen. Bei aushärtbaren

Aluminiumverbindungen sind dies z.B. AlMgSi 0,5-1 oder AIZnMgCu1 ,5. Mit Reinaluminium, aber vor allem mit seinen Legierungen, lassen sich besonders hohe Umformgrade und sehr präzise Kalt- und

Halbwarmumformungen bei gleichzeitiger hoher Härte des Endproduktes erreichen, auch bei Raumtemperatur.

[0022] Für Sensorgehäuse sind hier Nichteisenmetalle wie Aluminium, Titan und Kupfer, vor allem aber deren Legierungen geeignet. Das

Fließpressverfahren für komplizierte Sensorgehäuse lässt sich aber auch für Stahl-, rostfreien Stahl und Edelstahl anwenden, und zwar als Kaltoder als Halbumformen oberhalb der Raumtemperatur und unterhalb der Rekristallisationstemperatur. Bei der Halbwarm-Umformung von Stahl wird dieser mit einer Temperatur zwischen 500 °C bis 1000 °C verarbeitet. Die Fließspannung ist niedriger als bei der Kaltumformung. Durch

Halbwarm-Umformung bei 500-850 °C lassen sich große Formänderungen bei hoher Präzision und relativ geringem Energieeinsatz erzeugen. Ein besonders geeigneter Bereich für Sensorgehäuse ist der oberhalb der Blausprödigkeit zwischen etwa 300 °C und 500 °C (Lauwarmbereich), der sich durch eine hohe Duktilität und niedrige Fließspannungen des

Materials auszeichnet. Unter Stahl wird eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung verstanden, die weniger als 2,06 % (Masse) Kohlenstoff enthält bzw. ein Werkstoff, dessen Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elements, dessen Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner als 2% ist und der andere Elemente enthält. Edelstahl ist nach DIN EN 10020 eine Bezeichnung für legierte oder unlegierte Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sog. Eisenbegleiter) 0,035 % nicht übersteigt. Besonders geeignete Stahlsorten für die Fließpresstechnik sind neben rostfreien Stählen, die besonders hohe Umformungsgrade erlauben, solche, die in weichgeglühtem Zustand eine niedrige Streckgrenze und hohe Dehnung bei möglichst flacher Fließkurve aufweisen. Dies bedeutet, dass alle kohlenstoffarmen Stähle für die Kalt- und Halbwarm-Fließpressen geeignet sind. In der Praxis bewährte Stähle für das Fließpressen sind zum Beispiel: QSt 32-3 bis QSt 38-3, Cq 15, 16 Mn Cr 5, 15 Cr Ni 6, Cq 35, 19 Mn B4, 35 B 2 sowie einige nichtrostende Stähle. Nichtrostende Stähle, die für Sensorgehäuse sehr geeignet sind, sind Legierungen von Eisen mit Chrom und Nickel und weiteren Zusätzen.

[0023] Bei großen Veränderungen des Querschnitts und bei komplizierten

Werkstücken und/oder bei harten bzw. hochschmelzenden Materialien bei Stahl und Edelstahl ist es erforderlich, mehrere Umformstufen wie

Stauchen, Setzen, Formprägen, Formstrecken, Abstreckziehen,

Bundstauchen oder Verjüngen vorzusehen. Ggf. muss zwischen den einzelnen Umformstufen eine Rekristallisations- bzw. Weichglühung erfolgen, damit der Werkstoff wieder umformbar wird.

[0024] Durch das Fließpressen mit Aluminum, Messing, Titan, Stahl und

Edelstahl ist eine sehr kleine Rauhtiefe von kleiner als 6,3 μηη an der Innenwandung des Steckerabschnittes erzielbar. Damit sind diese Flächen unmittelbar für eine Abdichtung mit O-Ringen geeignet. Eine aufwendige Nachbearbeitung bzw. separate Herstellung der Dichtflächen ist nicht mehr notwendig. Auch Werte von kleiner als 1 -2 μηη sind realisierbar. Durch entsprechend geformte Matrizen im Fließpresswerkzeug können insbesondere Führungsnuten bzw. Nuten einfach beim Pressvorgang gefertigt werden.

[0025] Nachfolgend ist die Erfindung anhand der in den Zeichnungen

dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. [0026] Es zeigen:

Figur 1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Sensorgehäuses für einen induktiven Nährungsschalter vor dem

Einsetzen einzelner Module zu einem Sensorgerät

[0027] Figur 2 Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Sensorgehäuses

[0028] Figur 2a Schnittdarstellung gemäß der Linie A-A in Fig. 2

[0029] Figur 2b Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Sensorgehäuses

gemäß Figur 2

[0030] Figur 3a Perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Sensorgehäuses gemäß

Figur 2

[0031] Figur 3b Weitere perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorgehäuses gemäß Figur 2.

[0032] Zunächst ist die erste Variante der Erfindung anhand der in den

Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0033] In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes einstückiges Sensorgehäuse 1 eines induktiven Nährungsschalters vor dem Einsetzen einzelner Module wie Sensormodul 5a, Elektronikplatine 5b sowie Steckerteil 9 dargestellt, das durch Einstechrundkneten hergestellt wurde. Die Verhältnisse

entsprechen in etwa dem eines M18-Gerätes mit einem

M12-Steckeranschluß. Das Sensormodul 5a umfasst im Wesentlichen ein Sensorelement 21 in Form einer Spule 20 mit einer entsprechenden Halterung 22, die als Deckel 21 ausgebildet oder an diesem befestigt ist. Das Sensorgehäuse 1 weist einen Hülseabschnitt 3 mit einer Frontöffnung 3o und einen Steckerabschnitt 7 (Adapter 7a und Endabschnitt 7e mit Endabschnittsöffnung 7o) mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern auf. Typischerweise besitzen induktive Nährungsschalter einen M8- oder M12-Steckeranschluss. Der Steckerabschnitt 7 dient zur Aufnahme des Steckerteils 9, an dem ein Leuchtelement in Form einer Leuchtdiode LED 8 vorgesehen ist, die über die Öffnung 8a zur Signalisierung des

Schaltzustandes oder anderer Funktionen oder Zustände des induktiven Näherungsschalters dient.

[0034] Fig. 1 dient auch zur Erläuterung eines bekannten Näherungsschalters, wobei hier von einem dreistückigen Sensorgehäuse 1 ausgegangen wird, d.h. der scheibenförmig ausgebildete Adapter 7a muss nach der

Gewindeherstellung 3g, 7g des Hülsenabschnittes 3 und des

Endabschnittes 7e und der Montage der Komponenten mit dem

Gehäuseabschnitt 3 dauerhaft und dicht mit dem gewindelosen Teil des Hülsenabschnittes 3 verbunden werden, wobei beide Verbindungsstellen dauerhaft und dicht sein müssen. Beim Zusammenbau eines

herkömmlichen induktiven Nährungsschalters in der Produktion wird erst die Elektronikplatine 5b, die zuvor mit dem Sensormodul 5 verbunden wurde, in den Hülseabschnitt 3 des Sensorgehäuses 1 eingebracht. Die Elektronikplatine 5b weist einen nicht gezeigten, relativ langen

Leiterfilmlappen zur Verbindung mit dem Steckerteil 9 auf. Anschließend wird das Sensormodul 5a in den Hülseabschnitt 3 eingeschoben. Dann wird der Leiterfilmlappen des Elektronikmoduls 5 mit dem Steckerteil 9 verbunden und das Steckerteil 9 in den Steckerabschnitt 7 zu einem Stecker 10 eingeschoben. Erst danach kann der am Steckerabschnitt 7 vorgesehene Adapter 7a mit dem Hülseabschnitt 3 verschweißt oder verbördelt werden. Das mittels Rundkneten, insbesondere

Vorschubrundkneten, hergestellte erfindungsgemäße Sensorgehäuse 1 ermöglicht nicht nur die einstückige Ausbildung des Steckerabschnittes 7 ( Adapter 7a und Endabschnitt 7e) und die einstückige Ausbildung von Steckerabschnitt 7 und Hülseabschnitt 3, sondern auch die geforderte Stufung bzw. Durchmesserreduzierung, die hier etwa dem Verhältnis von 18 zu 12 entspricht und die Steilheit des Adapters, die etwa 45 Grad beträgt.

In Figur 2 ist, ebenso wie in Figur 1 , das erfindungsgemäße

Sensorgehäuse 1 für einen induktiven Nährungsschalter mit einem idealisierten, d.h. rechtwinkligem äußeren Verbindungsbereich 7v1 dargestellt, dass als Rundknetteil aus einem einzigen Stück

längsnahtgeschweißtem und kalt nachgezogenem Edelstahlrohr im

Vorschubrundknetverfahren über Dorn hergestellt ist. Die Verhältnisse entsprechen in etwa dem eines M30-Gerätes mit einem

M12-Steckeranschluß. Der Hülseabschnitt 3 (mit einer Frontöffnung 3o), Adapter 7a und der Endabschnitt 7e des Steckerabschnittes 7 sind entsprechend dem Herstellungsverfahren einstückig. Dadurch entfällt die Dicht- und Verbindungsproblematik zwischen Hülseabschnitt 3, Adapter 7a und Endabschnitt 7e des Steckerabschnittes 7 und auch der zusätzliche Arbeitschritt bei der Fertigung. Am Außenumfang des

Hülseabschnitts 3 sind jeweils Nuten 14 bzw. Nutstege 14a vorgesehen. Die Nutstege 14a dienen als Teil eines segmentierten Gewindes. Im Innern des Hülseabschnitts 3 verlaufen jeweils einander

gegenüberliegende Führungsstege 12, die zur Aufnahme und Führung für die Elektronikplatine 5b dienen. Der besondere Vorteil des

Rundknetverfahrens bezüglich des Ausgangsmaterials ist, dass keine teuren nahtlos gezogenen Metallrohre, insbesondere Edelstahlrohre, eingesetzt werden müssen, sondern preiswerte, längsnahtgeschweißte, kalt nachgezogene Rohre eingesetzt werden können, die im Gegensatz zur Herstellung mittels Tiefziehverfahren nicht reißen und die zugleich mit Werten von 0,8 bis 1 ,4 μηη die für direkte O-Ringdichtung notwendige mittlere Rauhtiefe der Innenoberfläche Ra -S 6,3 μηη im Steckerbereich weit unterschreiten.

[0036] In Figur 3a bzw. 3b sind jeweils perspektivische Darstellungen auf die Vorderseite bzw. auf die Rückseite des Hülseabschnitts 3 dargestellt.

[0037] Nachfolgend ist die Funktion und der Inhalt der Erfindung näher erläutert.

Das gesamte Sensorgehäuse wird aus einem Metallrohr hergestellt, z.B. aus einem preiswerten längsnahtgezogenen zylindrischen Edelstahlrohr oder einem gezogenen Messingrohr. Vier Werkzeugsegmente bzw.

Werkzeuge, die das Werkstück umschließen, führen in schneller Folge gleichzeitig radiale Auf- und Abwärtsbewegungen durch. Bei jeder Abwärtsbewegung des Werkzeugsatzes wird ein Teil des Werkstückes umgeformt. Das Werkzeug versetzt dem Werkstück radiale Schläge und gibt dem Werkstück dadurch einen schmaleren Querschnitt. Insbesondere müssen die Nuten 14 nicht in einem separaten Arbeitsschritt gefräst werden, wenn ein Rundknetverfahren über Dorn eingesetzt wird. Auch die Führungsstege 12 sind dann bereits nach dem Pressvorgang vorhanden. Durch Schneiden eines Gewindes in die Nutstege 14a erhält man in einfacher Weise ein segmentiertes Gewinde, was die Verschraubung des Sensorgehäuses in ein entsprechendes Gegenstück schnell und einfach ermöglicht. Mit einer Drehung des Sensorgehäuses um weniger als 60° kann eine sichere und feste Fixierung des Sensorgerätes oder des induktiven Nährungsschalters gewährleistet werden.

Das Sensorgehäuse ist vorzugsweise aus rostfreiem Edelstahl, Messing oder Aluminium gefertigt. Zum Schutz gegen Korrosion kann das

Sensorgehäuse ggf. eloxiert, verchromt oder vernickelt werden. Dies ist vor allem bei Aluminium- und Messinggehäusen sinnvoll. Der Vorteil der rostfreien Edelstahlausführung wie V4A (1.4401 X5CrNiMo17-12-2) oder V2A (1.4301 X5CrNi18-10) ist, dass neben der guten Umformbarkeit eine solche Beschichtung entbehrlich und das Gehäuse sehr mechanisch und chemisch belastbar ist. In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist das Sensorgehäuse in einem Farbton eloxiert, den der Anwender mit der Herstellungsfirma des Sensors identifiziert. Neben Rundgehäusen können selbstverständlich auch rechteckig- bzw. quaderförmig ausgebildete Gehäuse in Rundknettechnik hergestellt werden. Durch die Herstellung des Sensorgehäuses in Rundknettechnik ist eine einfache, schnelle und kostengünstige Fertigung möglich. Durch entsprechend geformte Dorne bzw. Werkzeuge können insbesondere außen- und/oder innenliegende Führungsnuten bzw. Nuten 14, 14a bzw. Stege 12 durch entsprechenden Axialvorschub oder auch mittels des Einstechrundknetverfahrens gefertigt werden. Der besondere Vorteil des Rundknetverfahrens, insbesondere des Einstechrundknetverfahrens, liegt darin, dass nicht nur

Sensorgehäuse (1 ) mit relativ kleinem Durchmesser, z.B. 10 - 40 mm bzw. kleinen Gehäusewandstärken, einstückig, mit hoher Oberflächenqualität, steilem Adapter (7a) und hohem Durchmesserverhältnis von

Hülseabschnitt zu Steckerabschnitt von mindestens 1 ,4 (und sogar über 1 ,8) hergestellt werden können, sondern derartige Eigenschaften auch für M18- und sogar für M30-Geräte erreichbar sind. Gerade bei

Gewinde-Sensorgehäuse mit größerem Durchmesser besteht das

Problem, das ja ein Außengewinde nach dem inkrementellen Umformen auf den Hülseabschnitt geschnitten werden muss. Bei M30-Geräten mit dem üblichen metrischen Feingewinde M30x1 ,5 mit einer Steigung von 1 ,5 mm, einer Gewindetiefe von 0,92 mm nach DIN 13-2 bis 10 bzw. DIN ISO 261 bedeutet dies, dass bei einer gewünschten Wandstärke des

Sensorgehäuses 1 von 0,78 mm ein Ausgangsrohr 30 mm x 1 ,7 mm mit einem Innendurchmesser von 26,6 mm verwendet werden muss. Der Kerndurchmesser des Gewindesteiles des Hülseabschnittes 3 beträgt 28,16 mm. Für das gewünschte einstückige Gehäuse 1 mit einer

Durchmesserreduzierung von über 50 % bzw. einem

Durchmesserverhältnis von über 1 ,8 bedeutet dies, das nicht ein hartes Rohr mit 0,78 mm Wandstärke umgeformt werden muss, sondern aufgrund des notwendigen Feingewindes ein verhältnismäßig kleines Edelstahlrohr mit 1 ,7 mm Wandstärke, d.h. mit 218 % Prozent größerer Wandstärke. Die Wandstärke des Ausgangsrohres für ein

M30x1 ,5-Gewindesensorgerät muss also um mindestens 200% größer sein als bei einem entsprechenden Glattrohr-Sensorgerät!

Bei M12x1 -Feingewinde-Sensorgehäusen 1 mit einem

M8-Steckerabschnitt 7 ergibt sich bei einem Rohrinnendurchmesser von 10,0 mm und einem Kerndurchmesser d3 von 10,77 mm eine effektive symmetrische Nennwandstärke nach dem Gewindeschneiden von 0,385 mm. Die Wandstärke des Ausgangsrohres beträgt 1 mm und ist damit um 259% größer als die effektive symmetrische Nennwandstärke. Bei M18x1 ,0-Feingewinde-Sensorgehäusen 1 mit einem

M12-Steckerabschnitt 7 ergibt sich bei einem Rohrinnendurchmesser von 15,2 mm und einem Kerndurchmesser d3 von 16,77 mm eine effektive symmetrische Nennwandstärke nach dem Gewindeschneiden von 0,535 mm. Die Wandstärke des Ausgangsrohres beträgt 1 ,4 mm und ist damit um 261 % größer als die effektive symmetrische Nennwandstärke. Trotz der gegenüber Glattrohr-Sensorgehäusen um fast 300% größeren

Wandstärke der umzuformenden Rohre lässt sich mit dem

Rundknetverfahren ein hoher Umformgrad, ein steiler Adapter und eine sehr hohe Oberflächenqualität sowohl für die Innenwandung als auch für die Außenwandung der umgeformten Bereiche erreichen, besonders in den O-Ring-Dichtungsbereichen des Sensorgerätes. [0040] Für die Praxis, vor allem für Näherungssensoren und Näherungsschalter, ist es sinnvoll, das Sensorgehäuse 1 im Bereich des Hülseabschnittes 3 als 10- bis 40-mm-Rundgehäuse mit Feingewinde 3g vorzusehen, vorzugsweise mit metrisches Feingewinde 3g mit einem

Außendurchmesser von 12, 18, oder 30 mm (M12, M18, M30), und im Bereich des Endabschnittes 7e des Steckerabschnittes 7 ein 7- bis

14-mm-Rundgehäuse mit Feingewinde 7g vorzusehen, vorzugsweise ein metrisches Feingewinde 7g mit einem Außendurchmesser von 8 oder 12 mm (M8, M12).

[0041] Mit dem Rundknetverfahren sind präzise Verformungen bei gleichzeitiger sehr unterschiedlicher Durchmesserverringerung solch relativ kleiner Werkstücke nicht möglich, insbesondere nicht für solche schwer

umformbaren Stoffe wie Stahl. Es wurde gefunden, dass das

Rundknetverfahren sehr gut geeignet ist, die gestellten Aufgaben zu lösen, auch für kritische Materialien wie schwer verformbare Metallrohre oder -profile, insbesondere Stahl, Edelstahl, Titan und Messing. Es lassen sich für Gehäuse mit 10-40 mm Außendurchmesser aus Messing oder Stahl Durchmesserreduzierungen von mindestens 1 ,4 erreichen, bei

Außendurchmesser von 18 mm oder mehr sogar von mindestens 1 ,8 auf kleinstem Raum. Dies bedeutet auch, dass lange, uneffektive oder störende Schrägen entfallen können, d.h., dass sehr steile Adapter 7 und kurze Gerätelängen machbar sind. Ist dieser Bereich, wie in Fig. 2 gezeigt, sehr groß, so lassen sich 90-Grad bzw. annähernd 90-Grad-Winkel im inneren und/oder äußeren Verbindungsbereich 7v2, 7v1 erreichen. Für den äußeren Verbindungsbereich 7v1 sind für Edelstahl-Sensorgehäuse von 30 mm Außendurchmesser und einer Ausgangsrohr-Wandstärke von 1 ,7 mm minimale Krümmungsradien von unter 3-5,5 mm erreichbar. Für den inneren Verbindungsbereich 7v2 sind für Sensorgehäuse von 10-40 mm Außendurchmesser sogar minimale Krümmungsradien von unter 0,6-1 ,1 mm erreichbar. Dies ermöglicht eine sehr effektive

Platzausnutzung innerhalb des Gehäuses 1 und damit kurze Baulängen der Geräte, aber auch eine gute Sichtbarkeit der Leuchtdiode 8 durch die Öffnung 8a, die sinnvollerweise in der Nähe des Adapters 7a angeordnet ist. Bei einem derartigen steilen Adapter sind auch ggf. mehr als ein Leuchtelement (LED 8 mit Öffnung 8a) in Längsrichtung des

Sensorgehäuses vor dem Gewindebereich 7g realisierbar.

[0042] Sehr vorteilhaft ist die Anwendung des Einstech- und auch des

Vorschub-Rundknetverfahrens über Dorn. Bei der Herstellung von

Sensorgehäuse mit diesen Verfahren ohne Dorn ist ein nachträgliches Herstellen einer hochglatten, präzisen Innenwandung für das Steckerteil mit O-Ring-Dichtung im Bereich der Öffnung 7o durch Bohren oder Fräsen und ggf. weitere Arbeitsschritte notwendig. Mittels Rundkneten über Dorn ist bei diesem Umformen gleichzeitig die Herstellung einer Innenwandung mit einer für O-Ring-Dichtung notwendigen maximalen Rauhtiefe von 6,3 μηη möglich, insbesondere im Steckerabschnitt 7 bei gleichzeitigem

Erreichen der vorgegebenen Wandstärke ohne Nachbearbeitung im Bereich des Steckerabschnittes 7.

[0043] Ein weiterer Vorteil des Rundknetverfahrens ist, vor allem gegenüber dem Tiefziehverfahren, dass durch das Kaltfließpressen eine Kaltverfestigung des Ausgangsmaterials eintritt. Es findet so eine wesentliche Änderung der Festigkeitseigenschaften des Materials statt: Härte, Bruchfestigkeit und Streckgrenzen steigen an, während Dehnung und

Brucheinschnürungen abnehmen. Man erreicht so

Festigkeitseigenschaften bei Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die denen legierter Stähle gleichkommen. Bei sehr starker Beanspruchung hat sich gezeigt, dass die Dauerfestigkeit, und damit auch die Dauerhaftigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstücke wesentlich höher ist als bei tiefgezogenen, gespanten, gesinterten oder gar geschweißten Bauteilen. Die Kaltverfestigung ist vor allem in den äußeren Bereichen 7v1 , 7v2 des Adapterbereiches 7a bedeutsam und bei Gewindesensorgehäusen mit geringer Wandstärke und bei

Gewindesensorgehäusen aus Aluminum, da dessen Festigkeitwerte relativ gering sind. Damit lässt sich auch gegenüber Tiefzieh-Ausführungen eine sehr stark erhöhte Abriss- und Scherfestigkeit im

Adapterübergangsbereich 7v1 , 7v2 erzielen. Die Mindestfestigkeit für AI99,5 beträgt im weichgeglühten Zustand nur 70 N/mm ² , Nach stärkeren Kaltumformung lässt sich ein Wert von 130-140 N/mm ² erreichen, d.h. eine annähernde Verdopplung. Da das reine Aluminium, ebenso wie z.B. AIMg3, nicht aushärtbar ist, lässt sich eine positive Veränderung der mechanischen Eigenschaften nur über Kaltverfestigung erreichen.

[0044] Ein weiterer Vorteil der Kaltverfestigung ist, dass besonders

umformrißempfindliches Material wie längsnahtgeschweißte, kalt nachgezogene Edelstahlrohre als Ausgangsmaterial einsetzbar sind und damit flüssigkeits- und feuchtigkeitsdichte Sensorgehäuse und -geräte, auch mit anspruchsvollen Querschnittsveränderungen, preiswert und in hoher Qualität herstellbar sind. Das hat u.a. auch damit zu tun, dass längsnahtgeschweißte, kalt nachgezogene Stahlrohre, die in der Regel aus Blechbandstahl gewonnen werden, wesentlich preiswerter als nahtlose kaltgezogene Rohre sind. Die Rissbildung ist mit dem

Rundknetverfahren sogar bei starken Durchmesserreduzierungen bzw. hohen Durchmesserverhältnissen von mindestens 1 ,4 verhinderbar, insbesondere auch ein Faktor von 1 ,8 und mehr. Dadurch lassen sich M18-M12-Gehäuse und sogar M30-M12-Gehäuse (Faktor 2,5) aus Edelstahl rissfrei und dicht herstellen. Zusätzlich ist es sogar möglich, durch noch kleinere Durchmesser zwischen den beiden Gewinden 3g, 7g noch größere Faktoren zu erreichen, d.h. es sind Sensorgehäuse 1 mit Hinterschnitt auf diese Weise erzeugbar.

[0045] Ein weiterer Vorteil des Rundknetverfahrens ist, vor allem gegenüber dem Tiefziehverfahren, dass gezielt Materialverdickungen in kritische Bereiche wie dem Adapterbereich 7a, vor allem in seine äußere Bereiche 7v1 , 7v2, eingebracht werden können. Damit lässt sich auch gegenüber zwei- und dreistückigen Ausführungen eine sehr stark erhöhte Abriss- und

Scherfestigkeit in diesen Bereichen erzielen.

[0046] Ein weiterer Vorteil des Rundknetverfahrens ist, dass das Sensorgehäuse 1 ein Rundgehäuse ist, dessen Länge mindestens das 1 ,5-fache des maximalen Außendurchmessers ist. Bei einem M30-Gerät mit

komplizierter bzw. anspruchsvoller Querschnittsverringerung gemäß Fig. 2 ist ein Verhältnis von großer 1 ,9 realisiert.

[0047] Nachfolgend ist die zweite Variante der Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0048] In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes einstückiges Sensorgehäuse 1 eines induktiven Nährungsschalters vor dem Einsetzen einzelner Module wie Sensormodul 5a, Elektronikplatine 5b sowie Steckerteil 9 dargestellt, das durch Fießpressen hergestellt wurde. Die Verhältnisse entsprechen in etwa dem eines M 18-Gerätes mit einem M12-Steckeranschluß. Das Sensormodul 5a umfasst im Wesentlichen ein Sensorelement 21 in Form einer Spule 20 mit einer entsprechenden Halterung 22, die als Deckel 21 ausgebildet oder an diesem befestigt ist. Das Sensorgehäuse 1 weist einen Hülseabschnitt 3 mit einer Frontöffnung 3o und einen

Steckerabschnitt 7 (Adapter 7a und Endabschnitt 7e mit

Endabschnittsöffnung 7o) mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern auf. Typischerweise besitzen induktive Nährungsschalter einen M8- oder M12-Steckeranschluss. Der Steckerabschnitt 7 dient zur Aufnahme des Steckerteils 9, an dem ein Leuchtelement in Form einer Leuchtdiode LED 8 vorgesehen ist, die über die Öffnung 8a zur Signalisierung des

Schaltzustandes oder anderer Funktionen oder Zustände des induktiven Näherungsschalters dient.

[0049] Fig. 1 dient auch zur Erläuterung eines bekannten Näherungsschalters, wobei hier von einem dreistückigen Sensorgehäuse 1 ausgegangen wird, d.h. der scheibenförmig ausgebildete Adapter 7a muss nach der

Gewindeherstellung 3g, 7g des Hülsenabschnittes 3 und des

Endabschnittes 7e und der Montage der Komponenten mit dem

Gehäuseabschnitt 3 dauerhaft und dicht mit dem gewindelosen Teil des Hülsenabschnittes 3 verbunden werden, wobei beide Verbindungsstellen dauerhaft und dicht sein müssen. Beim Zusammenbau eines

herkömmlichen induktiven Nährungsschalters in der Produktion, wird erst die Elektronikplatine 5b, die zuvor mit dem Sensormodul 5 verbunden wurde, in den Hülseabschnitt 3 des Sensorgehäuses 1 eingebracht. Die Elektronikplatine 5b weist einen nicht gezeigten, relativ langen

Leiterfilmlappen zur Verbindung mit dem Steckerteil 9 auf. Anschließend wird das Sensormodul 5a in den Hülseabschnitt 3 eingeschoben. Dann wird der Leiterfilmlappen des Elektronikmoduls 5 mit dem Steckerteil 9 verbunden und das Steckerteil 9 in den Steckerabschnitt 7 zu einem Stecker 10 eingeschoben. Erst danach kann der am Steckerabschnitt 7 vorgesehene Adapter 7a mit dem Hülseabschnitt 3 verschweißt oder verbördelt werden. Das mittels Fließpressen, insbesondere

Kaltfließpressen, hergestellte erfindungsgemäße Sensorgehäuse 1 ermöglicht nicht nur die einstückige Ausbildung des Steckerabschnittes 7 ( Adapter 7a und Endabschnitt 7e) und die einstückige Ausbildung von Steckerabschnitt 7 und Hülseabschnitt 3, sondern auch die geforderte Stufung bzw. Durchmesserreduzierung, die hier dem Verhältnis von 18 zu 12 entspricht und die Steilheit des Adapters, die etwa 45 Grad beträgt. In Figur 2 ist, ebenso wie in Figur 1 , das erfindungsgemäße

Sensorgehäuse 1 für einen induktiven Nährungsschalter mit einem rechtwinkligem äußeren Verbindungsbereich 7v1 dargestellt, dass als Fließpressteil aus einem einzigen Stück Aluminium hergestellt ist. Die Verhältnisse entsprechen in etwa dem eines M30-Gerätes mit einem M12-Steckeranschluß. Der Hülseabschnitt 3 (mit einer Frontöffnung 3o), Adapter 7a und der Endabschnitt 7e des Steckerabschnittes 7 sind entsprechend dem Herstellungsverfahren einstückig. Dadurch entfällt die Dicht- und Verbindungsproblematik zwischen Hülseabschnitt 3, Adapter 7a und Endabschnitt 7e des Steckerabschnittes 7 und auch der

zusätzliche Arbeitschritt bei der Fertigung. Am Außenumfang des

Hülseabschnitts 3 sind jeweils Nuten 14 bzw. Nutstege 14a vorgesehen. Die Nutstege 14a dienen als Teil eines segmentierten Gewindes. Im Innern des Hülseabschnitts 3 verlaufen jeweils einander

gegenüberliegende Führungsstege 12, die zur Aufnahme und Führung für die Elektronikplatine 5b dienen. Der besondere Vorteil des

Fließpressverfahrens bezüglich des Ausgangsmaterials ist, dass keine teuren geschweißten oder nahtlos gezogenen Metallrohre mit hoher Oberflächengüte eingesetzt werden müssen. Für das

Aluminium-Sensorgehäuse 1 von 30 mm Außendurchmesser und einer Ausgangsrohr-Wandstärke von 1 ,7 mm sind für die Verbindungsbereiche 7v1 , 7v2 minimale Krümmungsradien von unter 0,3 bis 0,9 mm erreichbar. Der besondere Vorteil des Fließpressverfahrens ist, dass ein Adapter 7a erzeugbar ist, der senkrecht oder annähernd senkrecht ausgebildet ist. Im Vergleich zu Fig. 1 , wo der Winkel etwa 45 Grad bezüglich der

Längsachse der Sensorgehäuse beträgt, ist hier ein Winkel von über 80 Grad erreicht worden. Dies schafft ausreichend Platz für eine oder mehrere in Längsrichtung angeordnete Anzeige- bzw. Leucht-Elemente wie LEDs 8, auch wenn der Steckerabschnitt 7 sehr kurz ausgebildet ist, um eine kurze Baulänge des Sensorgerätes 2 zu erreichen.

[0051] In Figur 3a bzw. 3b sind jeweils perspektivische Darstellungen auf die

Vorderseite bzw. auf die Rückseite des Hülseabschnitts 3 dargestellt.

[0052] Nachfolgend ist die Funktion und der Inhalt der Erfindung näher erläutert.

Das gesamte Sensorgehäuse wird aus einem Metallstück z.B. einer Aluminiumscheibe (Aluminiumbutzen), mittels Fließpresstechnik in einem Pressvorgang hergestellt. Die Nuten 14 müssen nicht in einem separaten Arbeitsschritt gefräst werden. Auch die Führungsstege 12 sind bereits nach dem Pressvorgang vorhanden. Durch Schneiden eines Gewindes in die Nutstege 14a erhält man in einfacher Weise ein segmentiertes

Gewinde, was die Verschraubung des Sensorgehäuses in ein

entsprechendes Gegenstück schnell und einfach ermöglicht. Mit einer Drehung des Sensorgehäuses um weniger als 60° kann eine sichere und feste Fixierung des Sensorgerätes oder des induktiven Nährungsschalters gewährleistet werden.

[0053] Das Sensorgehäuse ist vorzugsweise aus Stahl, Edelstahl, Titan, Messing oder Aluminium gefertigt, da diese Materialien für das Fließpressen in Kombination mit den geforderten Sensor- und

Sensorgehäuseeigenschaften besonders geeignet sind. Es können sowohl die Reinmetalle, aber vor allem deren Legierungen zum Einsatz kommen, die bei den geforderten hohen Sensorgehäusequalitäten wie z.B. Härte und Oberflächenrauhigkeit, besonders geeignet sind. Bei aushärtbaren Aluminiumverbindungen sind dies z.B. AlMgSi 0,5-1 oder AIZnMgCu1 ,5. AlMg-Legierungen besitzen neben einer guten Umformbarkeit eine sehr gute chemische Beständigkeit. Ein Aluminium-Sensorgehäuse 1 kann in einem einzigen Kaltfließpress-Arbeitsschritt hergestellt werden. Zum Schutz gegen Korrosion kann das Sensorgehäuse ggf. eloxiert, verchromt oder vernickelt werden. Dies ist vor allem bei Aluminium- und

Messinggehäusen sinnvoll. Der Vorteil der rostfreien Edelstahlausführung wie V4A (1.4401 X5CrNiMo17-12-2) oder V2A (1.4301 X5CrNi18-10) ist, dass eine solche Beschichtung entbehrlich und das Gehäuse extrem mechanisch und chemisch belastbar ist. In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist das Sensorgehäuse in einem Farbton eloxiert, den der Anwender mit der Herstellungsfirma des Sensors identifiziert. Neben Rundgehäusen können selbstverständlich auch rechteckig- bzw.

quaderförmig ausgebildete Gehäuse hergestellt werden. Durch die

Herstellung des Sensorgehäuses in Fließpresstechnik, vor allem durch Kalt- oder Halbwarmfließpresstechnik, z.B. durch kombiniertes

Vorwärts-Rückwärts-Fließpressen, ist eine einfache, schnelle und kostengünstige Fertigung möglich. Das Pendant ist die

Warmfließpresstechnik bzw. Warmumformung. Unter Warmumformung bei Stahl versteht man u.a. eine Erwärmung des Werkstückes in den Bereich vollständiger Austenitisierung (typischerweise 920 °C).

Vorzugsweise wird auf eine Warmumformung verzichtet, da hierdurch eine höhere Festigkeit des Sensorgehäuse erreicht wird, die insbesondere bei den relativ dünnwandigen Sensorgehäuse mit nachträglich eingebrachtem Gewinde und für die Festigkeit im Adapterbereich von großer Bedeutung ist. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal in der Massivumformung ist die Temperatur der Abschnitte bzw. Werkstücke zu Beginn des

Umformprozesses. Bei der Warmumformung werden diese auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Rekristallisation parallel zur Umformung abläuft. Bei Stahl-Werkstoffen liegt diese Ausgangstemperatur

üblicherweise bei ca. 1.200 °C. Bevorzugt ist die Halbwarm- und

Kaltumformung.

[0054] Durch das Fließpressverfahren ist eine sehr kleine mittlere Rauhtiefe von kleiner als 6,3 μηη an der Innenwandung von Steckerabschnitt 7 bzw. der Hülsenabschnitt 5 erzielt. Damit sind diese Flächen unmittelbar für eine Abdichtung mit O-Ringen geeignet. Eine aufwendige Nachbearbeitung der Dichtflächen ist nicht mehr notwendig.

[0055] Der besondere Vorteil des Fließpressverfahrens liegt darin, dass nicht nur Sensorgehäuse 1 mit relativ kleinem Durchmesser, z.B. 10 - 12 mm bzw. kleinen Gehäusewandstärken einstückig, mit hoher Oberflächenqualität, steilem Adapter 7a und hohem Durchmesserverhältnis von Hülseabschnitt zu Steckerabschnitt von mindestens 1 ,4 hergestellt werden können, sondern derartige Eigenschaften auch für M18- und sogar für M30-Geräte erreichbar sind, sogar in einem einstufigen Fließpressprozeß. Gerade bei Gewinde-Sensorgehäuse mit größerem Durchmesser besteht das

Problem, das ja ein Außengewinde nach dem Umformen auf den

Hülseabschnitt geschnitten werden muss. Bei M30-Geräten mit dem üblichen metrischen Feingewinde M30x1 ,5 mit einer Steigung von 1 ,5 mm, einer Gewindetiefe von 0,92 mm nach DIN 13-2 bis 10 bzw. DIN ISO 261 bedeutet dies, dass bei einer gewünschten effektiven Wandstärke des Gewinde-Sensorgehäuses 1 von 0,78 mm die Wandstärke nach dem Fließpressen 1 ,7 mm betragen muss. Dies sind 218 % Prozent mehr als die effektive Wandstärke. D.h., dass mit dem erfindungsgemäßen

Verfahren ein hohen Umformgrad und zugleich eine große Wandstärke erreicht wird. Die Wandstärke des Ausgangssensorgehäuses 1 für ein M30x1 ,5-Gewindesensorgerät muss also um mindestens 200% größer sein als bei einem entsprechenden Glattrohr-Sensorgerät 2! Ein weiterer Vorteil des Fließpressverfahrens ist, dass trotz der komplizierten

Gehäusegeometrie ein hohes Verhältnis von Länge des Sensorgehäuses 1 zu Außendurchmesser von mindestens 1 ,5 erreicht werden kann. Auch Werte von über 1 ,9 sind erreichbar.

Bei M12x1 -Feingewinde-Sensorgehäusen 1 mit einem

M8-Steckerabschnitt 7 ergibt sich bei einem Innendurchmesser von 10,0 mm und einem Kerndurchmesser d3 von 10,77 mm eine effektive symmetrische Nennwandstärke nach dem Gewindeschneiden von 0,385 mm. Die Wandstärke des Ausgangs-Sensorgehäuses 1 beträgt 1 mm und ist damit um 259% größer als die effektive symmetrische

Nennwandstärke. Bei M18x1 ,0-Feingewinde-Sensorgehäusen 1 mit einem M12-Steckerabschnitt 7 ergibt sich bei einem Rohrinnendurchmesser von 15,2 mm und einem Kerndurchmesser d3 von 16,77 mm eine effektive symmetrische Nennwandstärke nach dem Gewindeschneiden von 0,535 mm. Die Wandstärke des Ausgangs-Sensorgehäuses 1 beträgt 1 ,4 mm und ist damit um 261 % größer als die effektive symmetrische

Nennwandstärke. Trotz der gegenüber Glattrohr-Sensorgehäusen 1 um fast 300% größeren Wandstärke der Sensorgehäuse vor dem

Gewindeschneiden lässt sich mit dem Fließpressverfahren ein hoher Umformgrad, ein steiler Adapter und eine sehr hohe Oberflächenqualität sowohl für die Innenwandung als auch für die Außenwandung der umgeformten Bereiche erreichen, besonders in dem

O-Ring-Dichtungsbereichen des Sensorgerätes.

[0057] Für die Praxis, vor allem für Näherungssensoren und Näherungsschalter, ist es sinnvoll, das Sensorgehäuse 1 im Bereich des Hülseabschnittes 3 als 10- bis 40-mm-Rundgehäuse mit Feingewinde (3g) vorzusehen, vorzugsweise mit metrisches Feingewinde 3g mit einem

Außendurchmesser von 12, 18, oder 30 mm (M12, M18, M30), und im Bereich des Endabschnittes 7e des Steckerabschnittes 7 ein 7- bis

14-mm-Rundgehäuse mit Feingewinde 7g vorzusehen, vorzugsweise ein metrisches Feingewinde 7g mit einem Außendurchmesser von 8 oder 12 mm (M8, M12).

[0058] Mit dem Tiefziehverfahren sind präzise Verformungen bei gleichzeitiger sehr unterschiedlicher Durchmesserverringerung solch relativ kleiner Werkstücke nicht möglich, insbesondere nicht für schwer umformbare Stoffe wie Stahl. Es wurde gefunden, dass das Fließpressverfahren sehr gut geeignet ist, die gestellten Aufgaben zu lösen, auch für kritische Materialien wie schwer verformbares Metall oder Metalllegierungen, insbesondere Stahl, Edelstahl, Titan und Messing. Es lassen sich für Gehäuse mit 10-40 mm Außendurchmesser aus Aluminium, Messing oder Stahl Durchmesserreduzierungen von mindestens 1 ,4 erreichen, bei Außendurchmesser von 18 mm oder mehr sogar von mindestens 1 ,8 auf kleinstem Raum. Dies bedeutet auch, dass lange, uneffektive oder störende Schrägen entfallen können, d.h., dass sehr steile Adapter 7 und kurze Gerätelängen machbar sind. Ist dieser Bereich, wie in Fig. 2 gezeigt, sehr groß, so lassen sich 90-Grad- bzw. annähernd 90-Grad-Winkel im inneren und/oder äußeren Verbindungsbereich 7v2, 7v1 erreichen. Für den inneren und äußeren Verbindungsbereich 7v1 sind für Sensorgehäuse von 30 mm Außendurchmesser und einer

Ausgangsrohr-Wandstärke von 1 ,7 mm minimale Krümmungsradien von unter 0,3 bis 1 ,1 mm erreichbar. Dies ermöglicht eine sehr effektive Platzausnutzung innerhalb des Gehäuses 1 und damit kurze Baulängen der Geräte, aber auch eine gute Sichtbarkeit der Leuchtdiode 8 durch die Öffnung 8a, die sinnvollerweise in der Nähe des Adapters 7a angeordnet ist, ggf. auch die Anordnung mehrerer LEDs 8 bzw. Öffnungen 8a.

[0059] Bei der Herstellung von Sensorgehäusen mittels Fließpress-Verfahren ist ein nachträgliches Herstellen einer hochglatten, präzisen Innenwandung für das Steckerteil 9 mit O-Ring-Dichtung mit einer für O-Ring-Dichtung notwendigen maximalen mittleren Rauhtiefe von 6,3 μηη durch Bohren oder Fräsen und ggf. weitere Arbeitsschritte nicht notwendig. Gleiches gilt für den Hülseabschnitt 3.

[0060] Ein weiterer Vorteil des Fließpressverfahrens ist, vor allem gegenüber dem Tiefziehverfahren, dass gezielt Materialverdickungen in kritische Bereiche wie dem Adapterbereich 7a, vor allem in seine äußere Bereiche 7v1 , 7v2, eingebracht werden können. Damit lässt sich auch gegenüber zwei- und dreistückigen Ausführungen eine sehr stark erhöhte Abriss- und Scherfestigkeit in diesen Bereichen erzielen.

[0061] Ein weiterer Vorteil des Fließpressverfahrens ist, vor allem gegenüber dem Tiefziehverfahren, dass durch das Kaltfließpressen eine

Kaltverfestigung des Ausgangsmaterials eintritt. Es findet so eine wesentliche Änderung der Festigkeitseigenschaften des Materials statt: Härte, Bruchfestigkeit und Streckgrenzen steigen an. Man erreicht so Festigkeitseigenschaften bei Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die denen legierter Stähle gleichkommen. Bei sehr starker Beanspruchung hat sich gezeigt, dass die Dauerfestigkeit, und damit auch die Dauerhaftigkeit kalt- oder halbwarmfließgepresster Werkstücke wesentlich höher ist als bei tiefgezogenen, gespannten, gesinterten oder gar geschweißten

Bauteilen. Die Kaltverfestigung ist vor allem in den äußeren Bereichen 7v1 , 7v2 des Adapterbereiches 7a bedeutsam und bei

Gewindesensorgehäusen mit geringer Wandstärke und bei Gewindesensorgehäusen 1 aus Aluminum, da dessen Festigkeitwerte relativ gering sind. Damit lässt sich auch gegenüber

Tiefzieh-Ausführungen eine sehr stark erhöhte Abriss- und Scherfestigkeit im Adapterübergangsbereich 7v1 , 7v2 erzielen. Die Mindestfestigkeit für AI99,5 beträgt im weichgeglühten Zustand nur 70 N/mm ² , Nach stärkeren Kaltumformung lässt sich ein Wert von 130-140 N/mm ² erreichen, d.h. eine annähernde Verdopplung. Da das reine Aluminium, ebenso wie z.B. AIMg3, nicht aushärtbar ist, lässt sich eine positive Veränderung der mechanischen Eigenschaften nur über Kaltverfestigung erreichen.

[0062] Ein weiterer Vorteil der Kaltverfestigung ist, dass umformrißempfindliches Material als Ausgangsmaterial einsetzbar sind und damit flüssigkeits- und feuchtigkeitsdichte Sensorgehäuse und -geräte, auch mit anspruchsvollen Querschnittsveränderungen, preiswert und in hoher Qualität herstellbar sind. Die Rissbildung ist mit dem Fließpressverfahren sogar bei starken Durchmesserreduzierungen bzw. hohen Durchmesserverhältnissen von mindestens 1 ,4 verhinderbar, insbesondere auch ein Faktor von 1 ,8 und mehr. Dadurch lassen sich M18-M12-Gehäuse und sogar

M30-M12-Gehäuse (Faktor 2,5) aus Stahl und Edelstahl rissfrei und dicht herstellen.

[0063] Durch die Herstellung des Sensorgehäuses in Fließpresstechnik ist eine einfache, schnelle und kostengünstige Fertigung möglich. Für

Sensorgehäuse 1 von 10- 40 mm Außendurchmesser sind bzgl. der genannten Materialien in den Verbindungsbereichen 7v1 , 7v2 sehr kleine Krümmungsradien von unter 0,8 bis 2 mm erreichbar.

[0064] Für Sensorgehäuse aus Stahl oder Edelstahl, insbesondere rostfreiem Edelstahl, wird ein Beispiel für einen zweistufigen Fließpressprozess zur Herstellung eines Sensorgehäuses 1 gemäß der Fig. 1 und 2 gezeigt: Zunächst wird das Rohteil gesägt und dann gebeizt, phosphatiert und gefettet. In der ersten Stufe erfolgt ein Napf-Rückwärts-Fließpressen. Nach dem Weichglühen, Beizen, Phosphatieren und Befetten erfolgt in der zweiten Stufe ein Hohl-Vorwärts-Fließpressen mit den gleichen

Zwischenbehandlungsschritten. Die dritte Stufen ist ein Formpressen, dem nach dem Beizen, Phosphatieren und Befetten die vierte Stufe als Abstreckziehen folgt. Als Hochleistungs-Fließpressöl ist z.B.

MULTIPRESS SSP 120 von Zeller & Gmelin einsetzbar, das für allerhöchste Anforderungen geeignet ist, vor allem für den Einsatz bei der

Kaltmassiv-Umformung von besonders zähharten und rostfreien Stählen.

[0065] Die Erfindung, insbesondere die erste und zweite Variante, kann ebenso auch für andere Näherungsschalter, insbesondere optische oder kapazitive Näherungsschalter verwendet werden, aber auch für digitale und analoge Sensormessgeräte, insbesondere Messgeräte der

Prozessmesstechnik wie Druck-, Temperatur- und Strömungssensoren.

[0066] Bezugszeichenliste

Sensorgehäuse 1

Sensorgerät 2

Hülseabschnitt 3

Gewinde 3g

Frontöffnung 3o

Elektronikmodul 5

Elektronikplatine 5 b

Sensormodul 5 a

Steckerabschnitt 7

Adapter 7a

Endabschnitt 7e

Gewinde 7g

Endabschnittsöffnung 7o

Verbindungsbereich 7v

Leuchtdiode LED 8

LED-Öffnung 8a

Steckerteil 9

Stecker 10

Führungsstege 12

Nuten 14

Nutstege 14 a

Spule 20

Sensorelement 21 Halterung 22 Deckel 23